基于弯折波的舰载机拦阻着舰动力学分析及仿真研究

考虑挂钩初期弯折波在拦阻钢索中的传播以及拦阻机液压阻尼作用,建立舰载机拦阻着舰动响应分析数学模型,研究舰载机在不同着陆重量与不同啮合速度组合下着舰时的钩载随时间以及冲程的变化规律,并以美国MK7-3拦阻机为例进行模拟分析,计算表明,文中建立的模型和分析结果具有良好的精度,可为飞机—拦阻机相容性及舰载机的拦阻提供有益的参考。

计及弯折波的舰载飞机偏心拦阻动力学分析

为分析偏心度对舰载飞机拦阻过程的安全特性的影响,以某舰载飞机为研究对象,建立了拦阻系统动力学模型,研究舰载飞机在偏心状态下的拦阻动力学特性。基于离散的弯折波模型,进行了计及弯折波的对中拦阻动力学仿真,仿真结果与相关标准的试验数据进行了对比,变化规律基本一致。在此基础上进行了偏心拦阻动力学仿真,并研究了偏心度对于弯折波的影响,结果表明:因偏心拦阻,两侧拦阻索初始长度和拉伸速度不同,导致弯折波产生的载荷波动产生差异。当偏心度超过20%时,一侧拦阻索拉力不再呈现波动增大趋势,超过24%时,拦阻索拉力会出现负载和接近破断拉力。随着偏心度的增加,偏心侧的拦阻索承受更多的拦阻冲击载荷,偏心度过大会对拦阻系统的安全特性产生不利影响。

考虑弯折波的舰载机拦阻过程仿真分析

为研究弯折波现象和分析弯折波对舰载机拦阻过程的影响,基于Euler–Bernoulli非线性梁理论,建立了考虑弯折波的拦阻索离散模型。对拦阻过程进行数值仿真,仿真结果表明,弯折波在整个拦阻过程均存在,使得拦阻钩载荷出现波动,且这种波动在拦阻初期最为剧烈,之后逐渐减弱。弯折波的存在明显缩短了拦停时间和拦停位移,还使得拦阻索拉力的最大值更大。此外,奇数重弯折波与偶数重弯折波在传播方向、拉力角和弯折波平均波速等方面均表现出明显的不同。

弹性钢索中纵波与弯折波的耦合作用研究

针对目前研究弹性钢索中应力波传播规律时忽略纵波与弯折波相互作用影响的问题,文章从理论研究的角度介绍了纵波与弯折波相互耦合作用的机理和计算方法,并采用该方法进行了弹性钢索四次冲击应力的分析计算。结果显示,计算结果与文献中试验观察现象一致,从而验证了该计算方法的有效性。

计及弯折波的舰载机拦阻过程控制

为验证拦阻索中应力的传播对拦阻过程的影响,研究了计及弯折波的舰载机拦阻过程的比例-积分-微分(PID)控制问题。先以液压阻尼力作为拦阻过程的控制输入建立了无弯折波的理想拦阻过程动力学模型,再依据拦阻过程中需要保持拦阻钩载为常值的要求,借助最优控制方法获得了一组理想轨迹。然后详细分析了拦阻索中弯折波在甲板滑轮与钩-索啮合点间的传播特征,获得了离散的弯折波模型,并将之应用于拦阻过程的PID跟踪控制中。结果表明,弯折波的计入,会使拦阻钩载在拦阻初期出现波动效应,这一现象与美国军用标准MIL-STD-2066中实验得到的钩载随行程变化规律一致。

飞机对中和偏心拦阻钩索动力学分析

研究装有尾钩飞机对中或偏心拦阻着陆后,计及弯折波在索中的传播情况下拦阻索的动力响应。计算作用在拦阻钩上的冲击载荷和飞机的减速过程。文中以美国BAK-13和E-28拦阻机为例进行计算分析,并用BAK-13拦阻机和各种机型,比较模拟计算和实测值的拦阻最大钩载。结果表明,文中建立的模型和分析结果具有良好的精度,可为飞机—拦阻机相容性及舰载机的拦阻提供参考。

拦阻着舰环境下的拦阻索索力识别方法研究

拦阻索的安全性是舰载机在航母上安全着舰的关键因素之一。针对舰载机拦阻着舰过程,提出了一种通过舰载机着舰拦阻过程中机体加速度求解拦阻索张力的方法。首先,根据舰载机拦阻钩挂索后的受载情况,确定拦阻索载荷的传力路径,实现拦阻索索力的间接识别。然后,通过考虑拦阻索的弯折波特性,对索力识别方法进行了改进和优化。最后,采用多体动力学软件MSC.ADAMS建立了离散拦阻索模型,对基于加速度的索力识别方法进行了分析和验证。分析结果显示,拦阻索索力识别的平均误差可以控制在5%以内。

偏航状态下拦阻钩挂索动力学分析

为了使舰载机能安全顺利地在舰上回收,分析了飞机着舰拦阻时,拦阻钩撞击甲板悬索后钩组件上转的动力学成因。在考虑弯折波的基础上,分析了飞机在偏航着舰时拦阻钩发生横向摆动的成因,建立了偏航着舰时拦阻钩上转和横摆动力学模型。研究了偏航角和钩索之间的摩擦系数对拦阻钩横向摆动的影响,并考虑了轮胎压索以及钩臂与铰接点轨迹之间的初始夹角对拦阻钩上转性能的影响。结果表明:因偏航着舰,挂索后拦阻钩上转过程中出现了横向运动;横向运动的最大摆角随偏航角和摩擦系数的增大而增大;轮胎压索导致悬索弹起,拦阻钩到达时,悬索的高度对拦阻钩上转运动没有明显的影响,但是悬索过高会使拦阻钩有弹跳脱钩的危险。